管型相变化存储器形成方法技术

一种存储器单元设备，包括下电极，包括相变化材料的管型部件及与管型部件接触的上电极。管型部件内侧有电绝缘及热绝缘材料。本发明专利技术还公开包括管型相变化存储器的集成电路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可编程电阻材料为主的高密度存储器设备，例如相变化存储器材料，及制造该等设备的方法。
技术介绍
硫属化物材料广泛用于读写光盘片。这些材料具有至少二种固态相，通常为非晶相及结晶相。激光脉冲用于读写光盘片以在这些状态之间切换及在相变化后读取材料的光学性质。硫属化物材料也可以通过施加电流而改变状态。该性质有利于利用可编程电阻材料形成非易失性存储器电路。目前发展的方向之一已经朝向利用少量的可编程电阻材料，尤其是细孔隙的绝缘材料。公开朝向细孔隙发展的专利有Ovshinsky于1997年11月11日获得授权的美国专利5,687,112号、专利技术名称为“具尖形接触的多位单一单元存储器设备”(Multibit Signle Cell MemoryElement Having Tapered Contact)的专利，Zahorik等人于1998年8月4日获得授权的美国专利5,789,277号、专利技术名称为”制造硫属化物[sic]存储器设备的方法”(Method of Making Chalogenide[sic]Memory Device)的专利，Doan等人于2000年11月21日获得授权的美国专利6,150,253号，专利技术名称为”可控制双向相变化半导体存储器设备及其制造方法”(Controllable Ovonic Phase-ChangeSemiconductor Memory Device and Methods of Fabricating the Same)。专利技术人的美国专利申请公开号US-2004-0026686-A1描述一种相变化存储器设备，其中相变化设备包括位于电极/介电层/电极堆栈结构上的侧壁。通过电流相变化材料在非晶与结晶状态之间做变化的方式储存数据。电流使材料提高温度，并且使状态改变。非晶变成结晶状态的变化通常是一种较低电流的操作。结晶到非晶状态的变化，在此称为重设，通常是一种较高的电流操作。使用于使相变化材料从结晶改变成非晶状态的重设电流最好是越小越好。可以通过缩小单元内有源相变化材料尺寸的方式，来减小重设所需的重设电流值。相变化存储器设备有关的问题之一为重设操作所需的电流大小视需要改变相状态的相变化材料体积而定。因此，利用标准集成电路工艺所得的单元一直被制造设备的特征尺寸所限。因此，必须发展出提供存储器单元的次平板印刷(sublithography)尺寸的技术，而此等技术可能缺乏大型高密度存储器设备所需的均匀性与可靠性。因此，需要设计出一种利用可靠且可重复制造技术、以少量可编程电阻材料制得的存储器单元。
技术实现思路
本专利技术包括存储器设备及形成存储器单元的方法，其中存储器设备包括下电极，位于下电极上的填充层，从填充层上表面延伸至下电极上表面的通孔，及在通孔里面由例如相变化材料等可编程绝缘材料做成的共形层。共形层与下电极接触，并沿着通孔侧边延伸至上表面，在通孔内形成管状构件。与共形层接触的上电极重迭于填充层。电绝缘及热绝缘材料填满通孔的其余部分。代表性的绝缘材料包括基本上透空的材料，或低导热性固态材料，例如二氧化硅，或远小于二氧化硅导热性的材料。本专利技术还包括一种制造管状相变化存储器单元的方法，包括形成具有上表面的下电极，及在电极上形成填充层，其中通孔从填充层上表面延伸至下电极上表面。在通孔内沉积可编程绝缘材料的共形层，从下电极上表面沿着通孔侧边延伸至填充层上表面。最后，在填充层上形成上电极与共形层接触。在具体实施例里，形成下电极的步骤及形成填充层的步骤包括首先在读取设备终端上形成填充层。然后，形成穿透填充层至终端的通孔。然后在通孔内填满导体，以形成导电插头。然后将导体部份从通孔移除，使通孔里面导电插头的其余部分做为下电极，因移除导电材料而曝露出的通孔部份作为其内沉积共形层的通孔。本专利技术另公开一种包括存储器阵列的集成电路，包括多个以行列高密度阵列方式排列的存储器设备及存取晶体管。存取晶体管包括位于半底体衬底内的源极及漏极区域，及沿着存储器单元列向连接字线的栅极。存储器单元形成在集成电路的存取晶体管上的一层内，其中下电极与对应存取晶体管的漏极接触。利用金属化层在存储器单元上形成位线，与沿着阵列存储器单元行向存储器设备上的上电极接触。在具体实施例里，二列存储器单元共享源极通孔，共享源极线连接源极通孔并且通常经阵列平行延伸至字线。本专利技术另提供一种低重设电流的可靠存储器单元结构，利用标准平板印刷蚀刻沉积工艺制成，不需要形成次平板印刷蚀刻工艺的特别技术。单元结构尤其适合于集成大规模集成电路设备上的CMOS电路。以下详细说明本专利技术的结构与方法。本
技术实现思路
说明部分的目的并非在于限定本专利技术。本专利技术由权利要求所定义。凡本专利技术的实施例、特征、观点及优点等将可通过下列说明权利要求及附图获得充分了解。附图说明图1示出根据一具体实施例的一种具可编程电阻材料管型构件的存储器单元的剖面图；图2示出根据一具体实施例的一种具可编程电阻材料管型构件的存储器单元的透视图；图3示出包括如图1所示的存储器单元的存储器阵列电路示意图；图4示出包括管型的根据一具体实施例的一种具可编程电阻材料管型构件的存储器单元的剖面图；图5示出根据一具体实施例的一种最终阵列结构的剖面图；图6至图13示出管型相变化存储器单元的制造方法的各个阶段；图14示出用于描述存储器单元中电流及有源区域的管型相变化存储器单元；及图15示出管型相变化存储器单元阵列的布局。主要设备符号说明10管型相变化存储器单元11下电极12管型部件13绝缘材料14管型部件的顶部15封闭终端36桥段12a 内表面28共享源极线23，24字线41，42位线50，51，52，53 存取晶体管35，36管型存储器单元32，33下电极设备34，37上电极设备75集成电路74其它电路60存储器阵列 61 列解码器62 字线63 行解码器64 位线65 总线66 感测放大器及数据输入结构67 数据总线68 供应电压69 偏压设置状态机71 数据输入线72 数据输出线100，101，102，103 管型相变化随机存储器单元110半导体衬底111，112 介质沟渠116共用源极区域(掺杂区域)115，117 漏极区域(掺杂区域)113，114 多晶硅字线118介质填充层121，120 插头结构(下电极)119共用源极线122，123 金属层(接触层)124绝缘层101单元99 结构131，132，134，135 插头130填充层上表面133金属线(多晶硅字线)140绝缘填充层141，142，144，145 通孔148编程电阻材料共形层 149 绝缘填充层150 管型部件的顶部151 绝缘填充层200 下电极210 上表面201 管型部件202 接触层203 位线层204 界面材料205，206，207 重设期间的电流208，209 有源区域300 接地线300301，302 位线303，304 位线311，312，313，314 管型相变化单元具体实施方式图1示出管型相变化存储器设备10的剖面示意图。设备包括下电极11，及管型部件12，其中管型部件12包括可编程电阻材料。管型部件12填充绝缘材料13，该绝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成存储单元的方法，其包含：形成具有上表面的下电极；形成包含可编程电阻材料层的管型构件；以及形成与该管型构件相接的上电极。

【技术特征摘要】
US 2005-11-14 60/736,424;US 2006-1-17 11/333,1561.一种形成存储单元的方法，其包含形成具有上表面的下电极；形成包含可编程电阻材料层的管型构件；以及形成与该管型构件相接的上电极。2.如权利要求1所述的方法，其中该形成管型构件包含在该下电极上形成填充层，其包括具有侧边的通孔，从该填充层的上表面延伸至该下电极的上表面；在该通孔内形成可编程电阻材料的共形层，该共形层包含该管型构件。3.如权利要求2所述的方法，包含密封该共形层上方的该通孔以使热绝缘空隙形成于该上电极之下的该通孔中。4.如权利要求2所述的方法，包含以绝缘材料填充于该共形层上的该通孔。5.如权利要求2所述的方法，包含以导热性小于0.014J/cm*degK*sec的电绝缘材料填充于该共形层上的该通孔。6.如权利要求2所述的方法，其中该形成下电极该以及形成填充层的步骤包含在端点上先形成该填充层；形成穿透该填充层至该端点的通孔；在该通孔内填满导体，以形成导电插头；以及将部分该导体从该通孔内移除，其中该通孔内的该导电插头的其余部分做为该下电极。7.如权利要求6所述的方法，其中该部分移除包含以氟为主的反应性离子蚀刻工艺对该导体进行蚀刻。8.如权利要求2所述的方法，其中该通孔由该填充层的上表面至该下电极的上表面的的深度少于200nm。9.如权利要求2所述的方法，其中该可编程电阻材料在该管型构件中的厚度小于30nm。10.如权利要求1所述的方法，其中该可编程电阻材料包含硫属化物。11.如权利要求1所述的方法，其中该可编程电阻材料具有至少二个可由一电流引发的可逆的固态相。12.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙翔澜，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]